Un peu de physique...

La vision humaine

La vision humaine est quelque chose d’assez extraordinaire. Elle nous offre un champ de vision en couleur et en grand angle d’une qualité qu’aucun appareil photo n’est capable de reproduire ! Et pourtant…

Et pourtant notre œil n’a rien d’un objectif grand angle associé à un capteur haute définition. Seule la zone centrale de la rétine (la fovéa) est tapissée d’un réseau dense de cellules photoréceptrices sensibles aux trois couleurs et qu’on appelle les cônes. La fovéa est entourée par la macula, une zone plus large dans laquelle la répartition des cônes est moins dense et qui comporte également des bâtonnets, des cellules photoréceptrices uniquement sensibles à l’intensité lumineuse dans une plage limitée de longueur d’onde. La zone périphérique est, quant à elle, exclusivement tapissée de ces bâtonnets. Il y a par ailleurs une zone aveugle due au passage du nerf optique au travers de la rétine. Il y a trois types de cônes. On les appelle S, M et L. Les cônes S sont centrés autour de 420 nm, les cônes M autour de 534 nm et les cônes L autour de 564 nm. Ces trois longueurs d’onde correspondent respectivement au bleu, au vert et au rouge. Les bâtonnets sont quant à eux centrés sur 500 nm (un vert qui tend vers le bleu).

Autrement dit, l’image brute qui se forme sur la rétine n’a rien à voir avec l’image mentale qui se forme dans notre cerveau. De jour (vision photopique) c’est la zone centrale qui est mobilisée. La vision diurne est très précise et détaillée au centre (disons dans un cône de 5 degrés), un peu moins autour… et assez peu détaillée, déformée et en « noir et blanc » à la périphérie. De nuit (vision scotopique) la fovéa est hors-jeu car les cônes qui la composent sont trop peu sensibles. La macula envoie quelques informations mais ce sont surtout les bâtonnets de la zone périphérique, beaucoup plus sensibles que les cônes, qui prennent le relais. La vision nocturne est donc une monochrome et décalée ! Tous les astronomes vous le diront, pour voir de façon précise une étoile, il ne faut pas la fixer, il faut regarder un peu à côté.

Alors comment ce fait-il que nous ayons cette vision grand angle en couleur ? C’est le cerveau qui construit cette image mentale en commandant en permanence des mouvements de l’œil dont nous n’avons pas conscience. Et bien sûr la zone à laquelle il concentre le plus de temps est celle qui attire notre attention. Pas la peine de passer du temps en périphérie, sinon pour nous alerter d’un éventuel danger. Ce travail de construction de l’image n’est pas instantané : il prend entre 200 et 400 ms. Mais en prime le cerveau se paie le luxe de redresser les perspectives (d’où cette curieuse impression de lignes de fuite exagérées que nous avons en regardant la photo d’un monument) et il rectifie la colorimétrie. Si la température de la lumière ambiante est trop froide ou trop chaude il effectue une petite correction pour que les couleurs nous paraissent plus proches de ce à quoi nous sommes habitués !

A part ça, l’œil est un capteur de qualité exceptionnelle. Sa dynamique est proche, voire supérieure à 20 IL (14 pour les meilleurs capteurs photo). La pupille s’ajuste en permanence pour moduler le flux de lumière qui pénètre dans l’œil. Son diamètre maximum varie entre 6 mm pour une personne jeune et 4 mm pour une personne âgée, il peut se réduire sensiblement sous l’effet des muscles de l’iris.

Par contre, il faut se résoudre au fait que notre œil n’est sensible que dans une plage limitée de longueurs d’onde, entre 350 et 785 nm. C’est peut-être dommage : qui sait ce que pourrait nous apporter en richesse de nuances la perception de l’infra-rouge et de l’ultra-violet ? Il faudrait sans doute, pour pouvoir profiter de ces nuances, que nous soyons dotés du vision en quadrichromie, voire en pentachromie. On peut rêver… Certains poissons et certains reptiles ont une telle vision. Les poissons rouges voient très bien les ultraviolets, une aptitude très utile dans un milieu où les teintes rouges sont fortement atténuées. La crevette-mante est la championne toute catégorie. Elle possède douze types de capteurs, sensibles à la fois à la fréquence du rayonnement et à sa polarisation !

Pourquoi ces trois couleurs plutôt que d’autres ? C’est un des miracles/mystères de l’adaptation. Il se trouve que l’atmosphère bloque pratiquement tous les rayons du soleil à l’exception d’une bande de fréquence correspondant à des longueurs d’onde comprises entre 350 et 785 nm… Et ne nous plaignons pas. Les primates (dont nous faisons partie) sont une exception parmi les mammifères qui ont, dans leur majorité, une vision dichromatique. Les capteurs qui tapissent la rétine des vaches sont centrés sur le bleu et le vert. Les taureaux n’ont aucune sensibilité particulière au rouge. Essayez d’agiter devant eux un chiffon vert. Ou plutôt n’essayez pas, le résultat est garanti. IL vous foncera dessus.

 

La sophistication de l'oeil humain est souvent citée comme preuve de la nécessité d'un dessein intelligent par les créationnistes. L'argument repose sur une conception finaliste de l'évolution. Maéis l'évolution n'a pas cherché à créer de toutes pièces un organe capable de voir. La vision s'est construite progressivement, utilisant des innovations au fur et à mesure qu'elles apparaissaient. A la base de toute vision, il y a un photorécepteur, c'est à dire une protéine associée à un pigment qui change de conformation en réponse à la réception d'un ou plusieurs photons. Ce changement de conformation se traduit par l'émission d'un signal. Or, ce type de photorécepteur n'est pas une exclusivité de l'oeil humain, ou même animal. Il existe aussi dans les chloroplastes, ces organites dont les ancètres lointains sont les cyanobactéries, et dans les cellules motrices des plantes héliotropes qui changent de position en fonction de l'orientation du Soleil. Il s'agit donc d'un invention très largement antérieure à celle des premiers organes visuels, une invention que l'évolution a utiisé de diverses façons. Jusqu'à ce qu'un jour, associée à d'autres cellules formant une lentille (des cellules ayant perdu leur noyau et leurs mitochondries), de tels photorécepteurs s'avèrent avantageux pour échapper à un prédateur...

 

 

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